Суперчервями (superworms) называют личинок жуков Zophobas morio из крупнейшего семейства жуков-чернотелок (Tenebrionidae). Личинка зофобаса достигает в длину 6 см и имеет вытянутое цилиндрическое тело, покрытое плотным хитиновым покровом. Zophobas morio являются одним из наиболее распространенных видов кормовых насекомых, которыми особенно любят лакомиться амфибии, рептилии и некоторые птицы. Найти таких суперчервей можно практически в любом зоомагазине экзотических животных. Но в науке они прославились не благодаря своим питательным свойствам.
Сами зофобасы достаточно неприхотливы к корму и способны поглощать практически любой органический субстрат, что делает их удобным объектом исследований. Вероятно, поэтому ученые решили накормить именно этих личинок… пенопластом! Пенопласт, или пенополистирол, как его называют химики, является одним из наиболее распространенных видов пластика, используемых в потребительских целях. Поэтому особенно актуальной задачей современной науки становится поиск путей и способов переработки этого материала. А раз есть в природе такие прекрасные непривередливые личинки, то почему бы не попробовать использовать их для спасения планеты.
В 2022 году ученые из Австралии провели масштабное исследование, разделив суперчервей на 3 экспериментальные группы. Первая группа личинок питалась пшеничными отрубями, вторая — голодала, а третьей в качестве еды предложили полистирол. Да, зофобасы действительно активно проделывали ходы в пенополистироле, поедая его! Все личинки благополучно превратились во взрослых жуков, а пенопласт, который прошел через их кишечник, рассмотрели под микроскопом.
Оказалось, что пластик, съеденный зофобасами, частично разрушается, и на его поверхность прикрепляются бактерии, которые обитают в кишечнике насекомых. Именно эти бактерии, как предположили исследователи, и придают зофобасам суперспособность перерабатывать пластик.
Эксперимент австралийских коллег вдохновил ученых-резидентов «Научного квартала» на проведение собственного опыта с суперчервями! В 2023 году в рамках фестиваля «Наука на Стрелке» в Центральном музее почвоведения были также созданы 3 экспериментальные группы насекомых — по 45 личинок в каждой. В первой группе рацион зофобасов состоял из овсяных отрубей, во второй — из овсяных отрубей и пенополистирола, в третьей группе личинки питались исключительно пенополистиролом. Эксперимент проходил в реальном времени, и все посетители музея имели возможность за ним наблюдать!
Через 3 недели в каждой опытной группе у личинок была отмечена прибавка в массе, однако в группе с рационом из пенополистирола увеличение массы было минимальным (менее 10 %). После трех недель кормления из каждой группы были отобраны по 15 личинок, которые благополучно окуклились и завершили свое превращение в жуков. Масса куколок и размеры взрослых жуков также оказались минимальными в группе, питавшейся только пластиком. Таким образом, сотрудники Музея почвоведения получили те же результаты, что и коллеги из Австралии.
Так что же новаторского оказалось в работе наших ученых?
Сотрудники Института высокомолекулярных соединений (филиал НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ – ИВС) обратили внимание на то, что личинки зофобасов при построении в пенопласте своих нор производят большое количество пластиковых частиц, размер которых исчисляется миллиметрами и даже микрометрами. Такие частицы называют микропластиком.
Следующим шагом стало изучение физико-химических свойств микропластика, прошедшего через кишечник суперчервей. Сотрудники Института высокомолекулярных соединений собрали образцы микропластика из экспериментальных контейнеров с личинками (Фото 6) и изучили их с применением гель-проникающей хроматографии и различных спектроскопических методов — ИК-Фурье спектроскопии, рамановской спектроскопии и ЯМР-спектроскопии (эти методы применяются для определения изменений в молекулярной структуре и химическом составе изучаемого образца).
Полученные данные показали, что личинки Zophobas morio не влияют на химическую структуру пенополистирола. Это позволило ученым сделать вывод, что разрушение пластика осуществляется лишь механически при строительстве туннелей и прохождении его через кишечник личинок. Суперчерви не способны к биодеградации и «перевариванию» пластика, однако они вызывают его измельчение, что приводит к формированию большого количества микропластика. Результаты исследований опубликованы в журнале Polymer Science, Series B.
Тот факт, что значительных изменений в химической структуре пенополистирола не происходит, подчеркивает необходимость осторожности при использовании насекомых для биодеградации пластиков, так как может усугубить загрязнение микропластиком.
